1、<p>　　高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的實踐及體會</p><p>　　摘要：現(xiàn)代建筑為了追求多功能.多變的使用空間及豐富的立面效果，常采用較為復雜的高層建筑結(jié)構(gòu)體系，于是超限高層建筑應(yīng)運而生，這使高層建筑抗震設(shè)防工作成為結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點和難點。本文結(jié)合實例對高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計做出研究和分析，并采取必要的抗震措施，僅供同行參考。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：高層建筑 剪力墻結(jié)構(gòu) 抗震

2、設(shè)計 </p><p>　　隨著社會需求的多樣性和我國科技的迅猛發(fā)展，建筑物的高度是越來越高，建筑結(jié)構(gòu)也變得更加復雜，這無疑給建筑行業(yè)的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計工作增加了難度并帶來挑戰(zhàn)。我國是一個地處多地震帶的國家，東鄰太平洋地震帶，南接亞歐地震帶，地震分布面積較為廣，地震活動頻度高、震級大，是世界上遭受地震災害較為嚴重的國家之一。一次大地震可能在很短的時間內(nèi)毀滅一座城市，導致重大的經(jīng)濟損失和人員傷亡；據(jù)統(tǒng)計，20世紀全

3、球地震造成的死亡超過200萬人，振動時間總和不到1小時。因此，提高高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計水平，已經(jīng)成為我國城市建設(shè)和發(fā)展中所面臨的一個重要課題，很多專家學者長期從事抗震研究工作，本文利用最新的研究成果建筑解決建筑（尤其是高層建筑）抗震設(shè)計中的難題。 </p><p><b>　　一、工程概況 </b></p><p>　　某商住兩用建筑工程項目為超限高層建筑，建筑面積5

4、6500?。地下共3層，地面以上54層，首層層高為5m，2-54層為住宅標準層層高為2.8m，其中21層為設(shè)避難兼設(shè)備層，層高為2.8m。標準層平面尺寸為39.9m×39.5m。該塔樓結(jié)構(gòu)高度為158.6m。 </p><p>　　建筑抗震設(shè)防類別為丙類，建筑場地類別為II類，抗震設(shè)防烈度為Ⅵ度（設(shè)計基本地震加速度為0.05g，多遇、偶遇地震下amax分別取0.05g、0.1g），結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年50年。

5、風荷載計算按百年一遇的基本風壓取值0.35kN/?，地面粗糙度C類。 </p><p>　　二、工程特點和抗震性能目標 </p><p>　　該工程為鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)體系（裙樓部分為框架結(jié)構(gòu)），建筑總高度l58.6m，根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3―2010）3.3.1條，該塔樓超過A級高度（超過高層建筑的最大適用高度140m的13.28%），屬B級高度的高層建筑；其結(jié)構(gòu)

6、高寬比1.O1，小于《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3―2010）第3.3.2條規(guī)定中級高層建筑最大高寬比限值；結(jié)構(gòu)豎向規(guī)則；非偶然偏心，扭轉(zhuǎn)位移比小于1.2，考慮偶然偏心5%時扭轉(zhuǎn)位移比最大為1.26>1.2，該工程為平面扭轉(zhuǎn)不規(guī)則結(jié)構(gòu)，屬于一般超限高層建筑。通過細致的分析，采取相應(yīng)的措施可改善結(jié)構(gòu)性能。據(jù)此確定結(jié)構(gòu)的抗震性能目標如下： </p><p>　　1）主體結(jié)構(gòu)滿足“小震不壞、中震可修、大

7、震不倒”的設(shè)防目標。 </p><p>　　2）大震下主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件不發(fā)生剪切和壓潰破壞，即在結(jié)構(gòu)層間位移角不超過彈塑性位移角限值的情況下，主體結(jié)構(gòu)不得喪失抵抗重力荷載的能力。 </p><p>　　3）主體結(jié)構(gòu)不倒塌的情況下連接體不得垮塌。 </p><p>　　本工程各構(gòu)件在各震級下采用不同的設(shè)計具體要求，詳見表1。 </p><p>　　

8、三、建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計分析 </p><p>　　根據(jù)地質(zhì)勘察報告，工程地質(zhì)條件較好，場地覆蓋土層厚度約為l5～18m，上層主要為粘土層，其下為中風化白云巖或微風化白云巖，巖層面起伏不大，中風化及微風化白云巖巖石飽和單軸抗壓強度f 分別為25MPa至35MPa、承載力特征值分別為4000kPa及7000kPa。 </p><p>　　結(jié)合本工程場地的地質(zhì)情況本工程采用墻下單樁或多樁承臺基礎(chǔ)型

9、式，采用大直徑（D=1000～1800mm）機械沖孔嵌巖樁，樁端嵌入持力巖層分別為：中風化巖層大于或等于6m及微風化巖層大于或等于0.5m，樁長6-15m。 </p><p>　　四、結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算分析 </p><p><b>　　4.1結(jié)構(gòu)體系 </b></p><p>　　剪力墻結(jié)構(gòu)以±0.000層為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位。剪力墻截面

10、：-3～7層為200～400mm；其余為200-300mm，樓面梁大部分為200mmx500mm，外圍墻肢之間（平面內(nèi)）按連梁布置；±0.000層樓板厚度200mm，標準層板厚度100～150mm，核心筒區(qū)及周邊公共通道板厚120mm（雙層雙向配筋）；屋面板厚120mm；墻混凝土強度等級為C55～C25，粱、板混凝土強度等級為C35～C25。 </p><p>　　4.2結(jié)構(gòu)計算分析 </p>

11、;<p>　　4.2.1結(jié)構(gòu)小震彈性分析 </p><p>　　結(jié)構(gòu)抗震驗算采用扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)振型分解反成譜法，并考慮偶然偏心影響。根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3―2010）第5.1.12條：B級高度的高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)采用至少兩個不同力學模型的三維空問結(jié)構(gòu)分析軟件進行整體內(nèi)力位移計算等其他相關(guān)規(guī)定。分別采用SATWE與PMSAP及GSSAP工程計算軟件進行建模分析，計算結(jié)果見表2。 </

12、p><p>　　據(jù)上表結(jié)果可知，在地震作用和風荷載作用下，主體結(jié)構(gòu)的周期、位移、剛度等各項指標均滿足抗震規(guī)范要求；三個程序的計算結(jié)果相近，未出現(xiàn)原則性沖突或矛盾的結(jié)果，對比可知計算結(jié)果合理、有效，說明結(jié)構(gòu)體系選擇適當，結(jié)構(gòu)布置合理，構(gòu)件截面尺寸合理。 </p><p>　　4.2.2結(jié)構(gòu)彈性動力時程分析 </p><p>　　根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3

13、―2010）第5.1.13條規(guī)定，本建筑為B級高度的高層建筑結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用彈性時程分析法進行補充計算。本工程采用中國建筑科學研究院編制分析程序SATWE進行計算，建立分層模型，將各樓層的質(zhì)量集中于樓層處，形成彈性多質(zhì)點體系，然后輸入地震波進行動力時程分析，得結(jié)構(gòu)各點的位移、速度和加速度反應(yīng)，由位移反應(yīng)計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力。按Ⅵ度地震Ⅱ類場地土，特征周期0.35s，選用兩組天然波TH2TG035、TH3TG035，一組人工合成波RH3TG035，輸

14、入地震加速度最大值為35cm/s?（參考Ⅶ度區(qū)），按雙向地震波輸入，結(jié)構(gòu)阻尼比0.05。 </p><p>　　彈性動力時程分析結(jié)果見表3，每條時程曲線計算所得的結(jié)構(gòu)基底剪力均大于振型分解反應(yīng)譜法求得的底部剪力的65%，3條時程曲線計算所得的結(jié)構(gòu)底部剪力的平均值不小于振型分解反應(yīng)譜法求得的底部剪力的80%。除頂層塔樓由于鞭梢效應(yīng)位移角較大外，其余樓層位移及剪力沿豎向分布均勻，無突變，地震作用效應(yīng)基本均小于振型分解

15、反應(yīng)譜法計算結(jié)果。 　　4.2.3結(jié)構(gòu)中震、大震分析 </p><p>　　中震分析取水平地震影響系數(shù)最大值 max=0.16，不考慮地震組合內(nèi)力調(diào)整系數(shù)（即強柱弱梁、強剪弱彎調(diào)整系數(shù)），本工程中震數(shù)據(jù)來源于SATWE計算結(jié)果。嚴格控制剪力墻墻肢軸壓比，中震彈性計算結(jié)果表明，中震作用下底部加強區(qū)剪力墻仍處于彈性階段，表明剪力墻的抗震性能得到了較好的保證。所有樓層粱均未出現(xiàn)受剪破環(huán)，個別框架梁和連梁出現(xiàn)塑性鉸，通

16、過調(diào)整粱截面或?qū)α翰扇∝Q向加腋的措施，使其滿足抗彎不屈服的要求，以保證結(jié)構(gòu)整體滿足‘‘中震可修”的第二水準的抗震設(shè)防目標。 </p><p>　　本工程處于Ⅵ度設(shè)防區(qū)，且不屬于特別不規(guī)則和嚴重不規(guī)則結(jié)構(gòu)，側(cè)向剛度均勻無突變，無結(jié)構(gòu)薄弱層，且滿足第二水準的抗震設(shè)防目標。該工程位于6度抗震區(qū)，可通過概念設(shè)計，并結(jié)合合理的抗震措施，來滿足罕遇地震作用的要求；從而實現(xiàn)“大震不倒”的第三水準的抗震設(shè)防目標。 </p&

17、gt;<p>　　4.2.4依據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3―2010）第3.7.6條要求，對高度超過150m的高層建筑，尚需控制平時使用時結(jié)構(gòu)頂點在風荷載作用下的最大加速度。經(jīng)計算，本工程計算的順風向結(jié)構(gòu)頂點最大加速度為0.017m/s?，橫風向結(jié)構(gòu)頂點最大加速度為0.O13m/s?，小于或接近規(guī)范限值0.15m/s?，因此，該建筑結(jié)構(gòu)滿足規(guī)范對于風荷載下的舒適度要求。 </p><p&g

18、t;　　五、優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的措施 </p><p>　　為確保工程質(zhì)量安全，對工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的注意事項和優(yōu)化措施如下： </p><p>　　（1）提高基底底部加強區(qū)及其上一層的分布筋配筋率。提高與剪力墻相鄰的框架柱縱筋配筋率及配箍特征值。 </p><p>　?。?）為了保證強柱弱梁，嚴格控制柱的軸壓比，框架梁抗震等級采用三級。通過彈塑性時程分析得出的薄弱

19、層樓層地震剪力按放大1.15倍采用； </p><p>　?。?）盡可能采用鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土（柱）結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)，以減小柱斷面尺并改善結(jié)構(gòu)的抗震性能； </p><p>　?。?）重視建筑材料的選擇，選擇符合抗震需求而且經(jīng)濟適用的建筑結(jié)構(gòu)材料，如采用高強抗震鋼筋HRB400E、HRBF400E、HEB500E 、HEBF500E，以提高結(jié)構(gòu)的延性和耗能性能。 </p>

20、<p>　　（5）高層建筑結(jié)構(gòu)防震可以設(shè)置多道抗震防線，增強對地震的抵抗力。剪力墻結(jié)構(gòu)中剪力墻可以通過合理設(shè)置連梁（包括非建筑功能需要的開洞組成多肢聯(lián)肢墻），使其具有優(yōu)良的多道抗震防線性能。 </p><p>　　通過采取以上措施可保證結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，能夠達到“小震不壞，中震可修，大震不倒”的抗震設(shè)防目標。 </p><p><b>　　結(jié)束語 </b&

21、gt;</p><p>　　本文結(jié)合工程實例，分析了超限高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計。本工程采用了多程序?qū)ㄖY(jié)構(gòu)進行詳細的彈性動力時程分析，評價其抗震性能并提出相應(yīng)的加強措施。詳細分析結(jié)果表明，本工程建筑結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)和性能均能達到抗震設(shè)計的預期目標和規(guī)范要求，保證工程結(jié)構(gòu)具有良好的整體抗震性能。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p>

22、<p>　　[1]JGJ3―2010，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 </p><p>　　[2]JGB50011―2010，建筑抗震設(shè)計規(guī)范 </p><p>　　[3]GB50010―2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 </p><p>　　[4]王濤.鋼筋混凝土框架一剪力墻結(jié)構(gòu)彈塑性地震反應(yīng)分析.哈爾濱：中國地震局工程力學研究所，2006.</p>